(57)【要約】  燃料電池（１）と、改質器（２）と、改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化器（３）とを有する燃料処理機（４）と、燃料電池（１）のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、選択酸化器（３）へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気ブロワ（６）と、一端が燃料電池（１）のカソードに接続され、他端が空気ブロワ（６）に接続されるカソード空気流路（７）と、一端がカソード空気流路（７）との分岐点に接続され、他端が選択酸化器（３）に接続される選択酸化空気流路（８）と、選択酸化器（３）に供給する空気流量を計測する選択酸化空気流量計（９）と、空気ブロワ（６）を制御する制御部（１０）とを備え、選択酸化器（３）に送られる空気流量がカソードに送られる空気流量より小さくなるようにカソード空気流路（７）及び選択酸化空気流路（８）が形成されており、制御部（１０）は、燃料電池（１）の発電時に、選択酸化器（３）に送られる空気流量が目標値となるように、選択酸化空気流量計（９）が計測した空気流量に基づいて空気ブロワ（６）の供給能力をフィードバック制御する燃料電池システム。
2011118158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、
前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、
一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、
一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、
前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、
前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、
前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、
前記制御器は、前記燃料電池が発電を行っている場合において、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御して、前記カソード及び前記選択酸化部に空気を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第２空気流路に配置され、前記第２空気流路の流路抵抗を変える流路抵抗可変器を備え、
前記制御器は、
前記燃料電池に送る空気流量を減少させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、前記第１流量計測器により計測した空気流量が増加したことを検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、
前記燃料電池に送る空気流量を増加させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、前記第１流量計測器の計測した空気流量が低下したことを検知することで、前記制御手段が前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池にて発電された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路をさらに備え、
前記制御器は、前記インバータ回路の出力に応じて前記流路抵抗可変器を制御することにより前記空気供給器の供給能力を制御して、前記選択酸化部及び前記燃料電池に送る空気流量を変化させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池への空気の供給及び遮断を行なう弁をさらに備え、
前記制御器は、前記弁を開放して前記燃料電池への空気の供給を開始する場合、前記流路抵抗可変器により前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池に供給する空気流量を計測する第２流量計測器をさらに備え、
前記制御器は、前記第２流量計測器で計測した空気流量に基づいて、前記流路抵抗可変器を制御することにより、前記第１流量計測器で計測される空気流量を変更させ、この変更させた空気流量に応じて前記空気供給器の供給能力を制御することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、
前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の上限値から算出される第１流量閾値と、前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の下限値から算出される第２流量閾値とを予め記憶し、前記第２流量計測器が計測した空気流量と前記第１流量閾値と前記第２流量閾値とを比較する空気流量判断部を備え、
前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第１流量閾値を越えたと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を増加させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの増加を検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、
前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第２流量閾値を下回ったと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を低下させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの低下を検知することで、前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の端子電圧を測定する電圧測定器をさらに備え、
前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記電圧測定器の測定結果に基づき燃料電池の端子電圧が予め定められている第１所定値以上、低下したと判定したとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記空気流量の目標値と前記第１流量計測器が計測した空気流量値との差が、予め定められている第１流量値以上のとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、前記空気流量の目標値と前記第１流量計測器が計測した空気流量値との差が、予め定められている第１流量値以上の場合で、かつ、前記空気流量の目標値が増減するとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、
前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、
一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、
一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、
前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、
前記空気供給器を制御する制御器と、を備えている燃料電池システムであって、
前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、
前記制御器により、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記カソードに供給する空気流量に基づくことなく、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関し、特に１つの空気供給部で燃料処理機の選択酸化部および燃料電池の各々に適切な流量の空気を供給する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素との電気化学的反応により発電する。一般には、燃料電池に空気を供給し、空気中の酸素が発電に用いられる。他方、燃料電池の発電に用いる水素は、原料から水素を主成分とする燃料ガス（水素リッチな燃料ガス）を生成する燃料処理機を用い、この燃料処理機で生成された水素リッチな燃料ガスを燃料電池に供給することで賄うことが多い。燃料処理機において燃料ガスを生成する際には同時に水や空気を供給するのが一般的である。【０００３】
従来の燃料電池システムとしては、空気供給部としての１つのコンプレッサを備え、このコンプレッサによって燃料電池および燃料処理機の両方に空気を供給する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
ここで、図８に特許文献１に記載された従来の燃料電池システムを示す。図８に示す従来の燃料電池システムでは、コンプレッサ１１５から燃料処理機１１３に供給される空気の流量を空気流量計１２１から読み込み、読み込まれた実際の空気流量が目標空気流量と一致するように、空気制御バルブ１１７の開度を補正するフィードバック制御をしていた。【０００５】
また、特許文献２には、空気供給装置が空気を燃料電池本体の空気極へ供給するとともに、改質反応器、ＣＯ除去器へ供給する燃料電池システムが開示されている。この特許文献２に開示された燃料電池システムでは、推定される改質反応器のピーク温度が目標管理温度となるようにフィードバック制御で改質反応器へ供給すべき空気の流量を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３２２８４号公報
【特許文献２】特開２００３−１１２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に燃料電池システムの性能向上を図るためには、以下のように構成されている必要がある。すなわち、燃料電池１１９での発電電力（発電量）を増減させる場合、燃料処理機１１３から燃料電池１１９へ供給する燃料ガス流量と、コンプレッサ１１５から燃料電池１１９に供給する空気流量との両方を増減させる必要がある。つまり、燃料処理機１１３へ供給する空気流量の増減の方向と、燃料電池１１９へ供給する空気流量の増減の方向とを一致させることが必要となる。さらに、一酸化炭素を確実に低減させるために選択酸化部に供給する空気の流量は精密に制御する必要がある。【０００８】
しかしながら、前述した従来の燃料電池システムの構成では、１つの空気供給部によって燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電時における性能を向上させることができないという問題がある。【０００９】
より具体的には、特許文献１に示す従来の燃料電池システムでは、実際の空気流量が目標空気流量に一致するように空気制御バルブ１１７の開度を補正するように制御する。つまり、発電電力が増加し燃料処理機１１３へ供給する空気流量の目標量が増加したときには、空気制御バルブ１１７の開度を開けることにより実際の空気流量を増加させる。これにより、燃料処理機１１３へ通流する流路抵抗に対する燃料電池１１９へ通流する流路の流路抵抗の比率が大きくなる。つまり、空気制御バルブ１１７の開度が大きくなることで燃料処理機１１３に空気を供給する流路の流路抵抗が小さくなるため、結果としてこの流路抵抗に対する燃料電池１１９へ通流する流路の流路抵抗の比率が大きくなってしまう。このため、発電電力が増加した場合、燃料電池１１９に供給する空気流量を増加させることができない。つまり、燃料処理機１１３へ供給される空気流量が増加した分、燃料電池１１９に供給する空気流量が減ってしまう。また逆に、発電電力が減少し燃料処理機１１３へ供給する空気流量の目標量が減少したときには、空気制御バルブ１１７の開度を閉じることにより実際の空気流量を減少させる。これにより、燃料処理機１１３へ通流する流路抵抗に対する燃料電池１１９へ通流する流路の流路抵抗の比率が小さくなる。つまり、空気制御バルブ１１７の開度が小さくなることで燃料処理機１１３に空気を供給する流路の流路抵抗が大きくなるため、結果としてこの流路抵抗に対する燃料電池１１９へ通流する流路の流路抵抗の比率が小さくなってしまう。このため、発電電力が減少した場合、燃料電池１１９に供給する空気流量を減少させることができない。つまり、燃料処理機１１３へ供給される空気流量が減少した分、燃料電池１１９に供給する空気流量が増加してしまう。このため、燃料電池のカソードに適切な流量の空気を送ることができず、この燃料電池における発電効率の低下を招いてしまう。【００１０】
また、特許文献２に開示された燃料電池システムは、改質反応器へ流入する空気流量を調整する空気流量調整弁の手前に流量センサが設けられているが、ＣＯ除去器に送る空気流量を測定するための流量センサは設けられていない。このため、ＣＯ除去器に送る空気流量を測定することができないため、ＣＯ除去器に送る空気流量の精密な調整を行うことが困難となる。特許文献２には、改質反応器、ＣＯ除去器、および空気極における空気流量がそれぞれ目標値となるように空気流量制御弁の開度、コンプレッサの駆動力を制御する旨、記載されているが、以下に示すようにこの制御は困難である。【００１１】
すなわち、改質反応器に送る空気流量を増やす場合、空気流量制御弁の開度の制御だけでは空気流量が足らないことがある。このような場合、コンプレッサの空気供給量を増やす必要があるが、この空気供給量は、改質反応器に流す空気流量を測定する流量センサに基づいて制御される。このため、流量センサが計測する値が所定の値に安定するまでの所定時間、コンプレッサの空気供給量は変動し続けることになる。しかし、コンプレッサの空気供給量が変動している間は、ＣＯ除去器に供給される空気流量も変動するため、この変動に合わせるようにＣＯ除去器に供給する空気流量を制御するための空気流量制御弁も制御しなければならない。【００１２】
このように空気流量制御弁を制御してＣＯ除去器に送られる空気流量を変動させると、この変動に応じて改質反応器へ供給される空気流量が変動してしまう。このため、空気流量の変動のたびに、改質反応器に供給する空気流量を制御するための空気流量制御弁の調整が必要となり、結果として、改質反応器、ＣＯ除去器、および空気極における空気流量がそれぞれ目標値となるように制御することは困難となる。このため、ＣＯ除去器に送る空気の流量を精密に調整することが困難となり、ＣＯ除去器において一酸化炭素を適切に低減させることができない。その結果、燃料電池において一酸化炭素による劣化を招く。さらにまた、所望の流量よりも過剰に空気（酸素）がＣＯ除去器に送られた場合、燃料電池の燃料となる水素を消費してしまい発電効率を低下させてしまう。【００１３】
そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、１つの空気供給部から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電時における性能を向上させることができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、前記燃料電池のカソードへ発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、前記制御器は、前記燃料電池が発電を行っている場合において、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められる目標値になるように、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御して、前記カソード及び前記選択酸化部に空気を供給する。【００１５】
ここで、上記した下流とは改質ガスの流れる方向における下流側を意味するものである。【００１６】
本構成によると、第１空気流路から分岐して第２空気流路が形成されており、空気供給器だけで前記燃料電池のカソードおよび前記選択酸化部に空気を送ることができる。また、前記第２空気流路には第１流量計測器が配置されているため、第２空気流路を通じて選択酸化部に送る空気の流量を正確に把握することができる。そして、制御器は、燃料電池の発電電力に基づいて定められる目標値になるように、選択酸化部に送られる空気流量を基準にして空気供給器の供給能力を制御することができる。すなわち、選択酸化部に送られる空気が適切な流量となるように燃料電池のカソードに送られる空気の流量よりも優先して調整することができる。【００１７】
なお、燃料電池の発電を行っている際に発電電力が変わると、カソードが必要とする空気流量も変動するが、選択酸化部に送られる空気流量がカソードに送られる空気流量より小さくなるように第１及び第２空気流路が形成されているので、その変動は、選択酸化部が必要とする空気流量の変動と比較して小さい。このため、燃料電池の発電電力の変動に伴ってより精密な空気流量を調整する必要があるのは選択酸化部に送る空気流量である。【００１８】
したがって、本発明に係る燃料電池システムでは、選択酸化部に送る空気の流量を精密に調整することができ、選択酸化部における選択酸化反応により一酸化炭素を確実に低減させることができる。また、このように一酸化炭素を確実に低減させることができるため、燃料電池における一酸化炭素に起因する劣化を抑制することができる。また、選択酸化部に送る空気の流量を精密に調整することができるため、空気（酸素）を過剰に送ってしまい、燃料電池の燃料となる水素を消費してしまうことで発電効率の低下を招くことも防止することができる。すなわち、燃料電池システムは、発電時における性能を向上させることができる。【００１９】
よって本発明に係る燃料電池システムは、１つの空気供給部から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電時における性能を向上させることができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃料電池システムによれば、１つの空気供給部から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料処理機の発電時における性能を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図。
【図２】本発明の実施の形態２における燃料電池システムのブロック図。
【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池システムのブロック図。
【図４】本発明の実施の形態３における燃料電池システムのブロック図。
【図５】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの制御フローチャート
【図６】本発明の実施の形態４における燃料電池システムのブロック図。
【図７】本発明の実施の形態４における燃料電池システムの制御フローチャート。
【図８】従来の燃料電池システムのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
第１の発明は、燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、前記燃料電池のカソードへ発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、前記制御器は、前記燃料電池が発電を行っている場合において、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められる目標値になるように、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御して、前記カソード及び前記選択酸化部に空気を供給する燃料電池システムである。
【００２３】
本構成によると、１つの空気供給部から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料処理機の発電時における性能を向上させることができるという効果を奏する。
【００２４】
また、第２の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、前記第２空気流路に配置され、前記第２空気流路の流路抵抗を変える流路抵抗可変器を備え、前記制御器は、前記燃料電池に送る空気流量を減少させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、前記第１流量計測器により計測した空気流量が増加したことを検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、前記燃料電池に送る空気流量を増加させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、前記第１流量計測器の計測した空気流量が低下したことを検知することで、前記制御手段が前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御する燃料電池システムである。
【００２５】
本構成によると、燃料電池に送る空気流量を減少させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御する。これにより、前記第１流量計測器で計測した空気流量が増加する。そして、制御器がこの計測結果に応じて前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御することができる。また、逆に燃料電池に送る空気流量を増加させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御する。これにより、前記第１流量計測器で計測した空気流量が低下する。そして、制御器がこの計測結果に応じて前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することができる。したがって、選択酸化部に送る空気の流量および空気流量の変更タイミングを調整することで、燃料電池のカソードに送る空気の流量および空気流量の変更タイミングも調整することができる。
【００２６】
また、第３の本発明は、第２の本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池にて発電された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路をさらに備え、前記制御器は、前記インバータ回路の出力に応じて前記流路抵抗可変器を制御することにより前記空気供給器の供給能力を制御して、前記選択酸化部及び前記燃料電池に送る空気流量を変化させる燃料電池システムである。
【００２７】
また第４の本発明は、第２の本発明の燃料電池システムにおいて、前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池への空気の供給及び遮断を行なう弁をさらに備え、前記制御器は、前記弁を開放して前記燃料電池への空気の供給を開始する場合、前記流路抵抗可変器により前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御する燃料電池システムである。
【００２８】
本構成によると、発電開始時に制御器は、弁を開放して燃料電池への空気供給を行ない、かつ流路抵抗可変器により前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように調整することができる。これにより、燃料電池システムは、燃料電池のカソードへの空気供給時においても、選択酸化部に供給すべき空気流量を維持することができる。
【００２９】
また第５の本発明は、第２の本発明の燃料電池システムにおいて、前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池に供給する空気流量を計測する第２流量計測器をさらに備え、前記制御器は、前記第２流量計測器で計測した空気流量に基づいて、前記流路抵抗可変器を制御することにより、前記第１流量計測器で計測される空気流量を変更させ、この変更させた空気流量に応じて前記空気供給器の供給能力を制御する燃料電池システムである。
【００３０】
本構成によると、制御部はさらに、第１流量計測器および第２流量計測器が計測した各々の空気流量に基づいて、流路抵抗可変器によって空気流量を変更させ、空気供給器からの供給空気流量を制御することができる。
【００３１】
また第６の本発明は、第５の本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の上限値から算出される第１流量閾値と、前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の下限値から算出される第２流量閾値とを予め記憶し、前記第２流量計測器が計測した空気流量と前記第１流量閾値と前記第２流量閾値とを比較する空気流量判断部を備え、前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第１流量閾値を越えたと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を増加させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの増加を検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第２流量閾値を下回ったと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を低下させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの低下を検知することで、前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御する燃料電池システムである。
【００３２】
本構成によると、制御部は空気流量判断部を備え、第２流量計測器が計測した空気流量と第１流量閾値と第２流量閾値との比較に基づいて空気供給器からの供給空気流量を制御する。そして、第２流量計測器により計測した空気流量に基づいて空気流量判断部が第１流量閾値を越えたと判断したときには流路抵抗可変器によって流路抵抗を小さくするよう制御し、第２流量閾値を下回ったと判断したときには流路抵抗可変器によって流路抵抗を大きくするように制御することができる。
【００３３】
また、第７の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の端子電圧を測定する電圧測定器をさらに備え、前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記電圧測定器の測定結果に基づき燃料電池の端子電圧が予め定められている第１所定値以上、低下したと判定したとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させる燃料電池システムである。
【００３４】
本構成によると、燃料電池の端子電圧の低下からカソードで水つまりが生じたことを判断することができる。そして、水つまりが生じたと判断した場合、空気供給器の供給能力に対するフィードバック制御を停止させる。このため、カソードでの水つまりに起因し燃料電池に供給する空気流量が低下し、逆に選択酸化器に供給する空気流量が増加してしまうことで空気供給器の供給能力を低減させてしまうことを防ぐことができる。すなわち、燃料電池に供給する空気流量の減少に歯止めをかけ、燃料電池の端子電圧の低下を抑制することができる。
【００３５】
また、第８の本発明は、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記空気流量の目標値と前記第１流量計測器が計測した空気流量値との差が、予め定められている第１流量値以上のとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させる燃料電池システムである。
【００３６】
本構成によると、発電電力に応じて決められている目標値と、第１流量計測器により計測した空気流量値との差が、第１流量値以上のときカソードで水つまりが生じたことを判断することができる。そして、水つまりが生じたと判断した場合、空気供給器の供給能力に対するフィードバック制御を停止させる。このため、カソードでの水つまりに起因し燃料電池に供給する空気流量が低下し、逆に選択酸化器に供給する空気流量が増加してしまうことで空気供給器の供給能力を低減させてしまうことを防ぐことができる。すなわち、燃料電池に供給する空気流量の減少に歯止めをかけ、燃料電池の端子電圧の低下を抑制することができる。
【００３７】
また、第９の発明は、第８の発明の燃料電池システムにおいて、前記制御器は、前記空気流量の目標値と前記流量計測器が計測した空気流量値との差が、予め定められている第１流量値以上の場合で、かつ、前記空気流量の目標値が増減するとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させる燃料電池システムである。
【００３８】
また、第１０の発明は、燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、前記空気供給器を制御する制御器と、を備えている燃料電池システムであって、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、前記制御器により、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記カソードに供給する空気流量に基づくことなく、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御する燃料電池システムの制御方法である。
【００３９】
本方法によると、１つの空気供給手段から燃料電池および選択酸化部の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、燃料処理機の発電時における性能を向上させることができるという効果を奏する。
【００４０】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【００４２】
図１において、本実施の形態１における燃料電池発電システムは、水素リッチな燃料ガスと空気中の酸素とを用いて発電を行なう燃料電池１と、都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素系の原料ガスを水蒸気改質し水素リッチな改質ガスを生成する改質器２と、空気を用いて改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去することにより燃料ガスを生成する選択酸化器３とを備える燃料処理機４と、燃料処理機４で生成された燃料ガスを燃料電池１に通流する燃料ガス流路５と、燃料電池１および選択酸化器３に各々発電用および一酸化炭素除去用の空気を供給する空気ブロワ６と、空気ブロワ６からの空気を燃料電池１に通流するカソード空気流路（第１空気流路）７と、カソード空気流路７の途中から分岐し空気ブロワ６からの空気を選択酸化器３に通流する選択酸化空気流路（第２空気流路）８と、選択酸化空気流路８を通流する空気流量を計測する選択酸化空気流量計９と、選択酸化空気流量計９が計測した空気流量に基づいて選択酸化器３に供給する空気流量を空気ブロワ６からの供給空気量により制御する制御部（制御器）１０とを備えている。このように、空気ブロワ６は、燃料電池１のカソードと選択酸化器３とに空気を供給するように機能している。また、燃料電池１で発電した直流電力は、その後段に備えられたインバータ回路１３により交流電力に変換され不図示の電力負荷等に供給される。
【００４３】
なお、本実施の形態１における構成部材としての改質器２、選択酸化器３、空気ブロワ６、選択酸化空気流量計９、インバータ回路１３は、各々、本発明における改質部、選択酸化部、空気供給部（空気供給手段）、第１流量計測器（選択酸化空気流量検知器）、インバータ回路の具体的な実施の一例である。また、カソード空気流路７および選択酸化空気流路８は、空気ブロワ６から選択酸化器３に送られる空気流量が燃料電池１のカソードに送られる空気流量より小さくなるように形成されている。具体的には、例えば、選択酸化空気流路８の径がカソード空気流路７の径より小さく設計されている。あるいは、選択酸化空気流路８にカソード空気流路７の径より小さい口径の固定オリフィスが設けられている。あるいは、選択酸化空気流路８に後述する空気制御バルブ１２が取り付けられた構成では以下のように設定することでこの空気流量を調整することもできる。すなわち、空気制御バルブ１２を最大限に開けた場合でも、この空気制御バルブ１２の弁体と弁座との間隙幅が、カソード空気流路７の径より小さくなるように設定されている。このように空気制御バルブ１２により、選択酸化空気流路８に流れる空気流量の方がカソード空気流路８に流れる空気流量よりも小さくなるように調整することができる。
【００４４】
まず、本実施の形態における燃料電池システムに関して、具体的な動作を説明する。
【００４５】
図１に示す燃料電池システムでは、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスに含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去する。そして、付臭成分が除去された都市ガスまたはプロパンガスが炭化水素系の原料ガスとして燃料処理機４の改質器２に供給される。また改質器２には改質反応に必要な水も供給される。改質器２では原料ガスと水を混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。選択酸化器３では、空気ブロワ６からの空気の一部が選択酸化空気流路８を通じて供給され、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する。燃料処理機４で生成された一酸化炭素を除去した燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。一方、空気ブロワ６からの空気の一部がカソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１は、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより、発電を行う。
【００４６】
次に、本実施の形態１における燃料電池システムに関して、制御部１０の選択酸化部への空気供給の具体的な制御動作を説明する。
【００４７】
制御部１０は空気ブロワ６の能力を調整し、空気ブロワ６からの空気の一部を、カソード空気流路７を通じて燃料電池１に、残りの空気を、選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給する。制御部１０は選択酸化空気流量計９から実際の空気流量を示す出力信号を読み込み、フィードバック制御により、選択酸化空気流量計９から読み込んだ実際の空気流量が目標空気流量（目標値）に一致するように空気ブロワ６の能力を変更する。
【００４８】
本実施の形態１における燃料電池システムは、１つの空気供給部である空気ブロワ６から燃料電池１および燃料処理機４の両方に空気を供給するように構成されている。そして、この燃料電池システムにおいて、制御部１０は選択酸化空気流量計９から実際の空気流量を示す出力信号を読み込み、フィードバック制御により、選択酸化空気流量計９から読み込んだ実際の空気流量が目標空気流量（目標値）に一致するように空気ブロワ６の能力を調整する。このため、燃料処理機４への供給空気流量を制御することができる。また、例えば、燃料電池１における発電電力が増大し、選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値が増加した場合、上述した制御部１０によって空気ブロワ６の能力が増加するように制御される。このため、燃料電池１へ供給する空気流量も同時に増加させることができる。一方、燃料電池１における発電電力が低下し、選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値が減少した場合、上述した制御部１０による空気ブロワ６能力の調整により能力が減少するため、燃料電池１へ供給する空気流量も同時に減少させることができる。すなわち、本実施の形態における燃料電池システムの構成をとると、制御部１０による空気ブロワ６の能力制御を行なうことにより、燃料電池１および燃料処理機４の両方に供給する空気流量を同時に増減させることができる。
【００４９】
また、制御部１０は上述した発電電力の増減、すなわち選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値の増減については、インバータ回路１３の出力電力に基づき判断することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態における選択酸化空気流路８は、カソード空気流路７の途中から分岐する構成としたがこの限りではなく、空気ブロワ６からの吐出口または、燃料電池１の供給口で分岐する構成としてもよい。
【００５１】
また、本実施の形態における燃料処理機４は、改質器２と選択酸化器３とを備える構成としたがこの限りではなく、触媒を用いて一酸化炭素と水蒸気から水素を生成する変成器を改質器２と選択酸化器３の間に設け、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する構成にしてもよい。
【００５２】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略する。
【００５３】
実施形態２に係る燃料電池システムは、実施形態１に係る燃料電池システムと比して、選択酸化空気流路８の流路抵抗の可変量を調整する空気制御バルブ１２をさらに備える点で異なる。
【００５４】
なお、実施の形態２に係る構成部材としての空気制御バルブ１２は、本発明における、流路抵抗可変器（流路抵抗可変手段）の具体的な実施の一例である。
【００５５】
まず、実施の形態２に係る燃料電池システムに関して、具体的な動作を説明する。
【００５６】
図２に示す燃料電池システムでは、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスに含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去する。そして、付臭成分が除去された都市ガスまたはプロパンガスが炭化水素系の原料ガスとして燃料処理機４の改質器２に供給される。また改質器２には改質反応に必要な水も供給される。改質器２では原料ガスと水とを混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。制御部１０は、燃料電池１での発電が開始される前は空気制御バルブ１２の開度を、燃料処理機４の起動処理時の開度に調整する。なお、燃料処理機４の起動処理には、燃料処理機４が運転を開始するにあたり実行することが必要となる各種処理を含む。この開度は、燃料処理機４の選択酸化器３に空気を供給するにあたり必要な流量が得られる範囲で設定される。
【００５７】
また、制御部１０は、空気ブロワ６からの空気の流量を調整して選択酸化器３に供給する。すなわち、制御部１０は、選択酸化器３に供給する空気流量を燃料電池１の発電電力に応じて定められている目標値となるように、選択酸化空気流量計９の出力信号を読み込み、この信号値に基づいて、空気ブロワ６の空気の供給能力をフィードバック制御する。このようにして、選択酸化器３に適切な流量の空気が供給される。そして、選択酸化器３は、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する。燃料処理機４で生成された、一酸化炭素が除去された燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。なお、燃料電池１での発電が開始される前の段階では燃料処理機４から排出される燃料ガスは燃料処理機４を構成する改質器２、選択酸化器３の触媒の温度状態により一酸化炭素が十分に除去されていないときがある。このため、この段階では図示していないバイパス流路を用いて、燃料電池１に供給せずに排出してもよい。
【００５８】
燃料電池１での発電時では、空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度に調整することにより、空気ブロワ６から選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給される空気流量のより精細な調整を行うことができるようになっている。なお、燃料電池１の発電時における空気制御バルブ１２の開度は、燃料電池１に十分な燃料ガスを供給するために、燃料処理機４の起動処理時に設定された開度よりも大きくなる。燃料処理機４で生成された一酸化炭素を除去した燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。一方、空気ブロワ６からの空気の一部がカソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１は、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより、発電を行う。
【００５９】
また、燃料電池１の発電中において発電電力の増減が生じた場合、制御部１０は、この発電電力の増減に応じて空気制御バルブ１２の開度を調整する。すなわち、制御部１０は、燃料電池１に送る空気流量を減少させる場合は、空気制御バルブ１２の開度を大きくして、選択酸化空気流路８内の流路抵抗を小さくするように制御する。そして、制御部１０は、選択酸化空気流量計９の出力信号を読み込み、この制御により空気流量が増加したことを確認する。また、制御部１０は、燃料電池１に送る空気流量を増加させる場合、空気制御バルブ１２の開度を小さくして選択酸化空気流路８内の流路抵抗を大きくするように制御する。そして、制御部１０は、選択酸化空気流量計９の出力信号を読み込み、この制御により空気流量が増加したことを確認する。
【００６０】
このように、燃料電池システムでは、空気ブロワ６から選択酸化器３に供給する空気流量の変化およびタイミングの両方を制御することで、結果的に空気ブロワ６から燃料電池１に供給する空気流量の変化およびタイミングを調整することができる。
【００６１】
なお、制御部１０は上述した発電電力の増減については、インバータ回路１３の出力電力に基づき判断することができる。
【００６２】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略する。
【００６３】
実施の形態３における燃料電池システムは、実施の形態１における燃料電池システムと比して、カソード空気流路７に配され燃料電池１への空気の供給遮断を行なう遮断弁１１と、選択酸化空気流路８の流路抵抗の可変量を調整する空気制御バルブ１２とをさらに備える点で異なる。
【００６４】
なお、実施の形態３における構成部材としての遮断弁１１及び空気制御バルブ１２それぞれは、本発明における、弁（遮断弁）、流路抵抗可変器（流路抵抗可変手段）の具体的な実施の一例である。
【００６５】
まず、実施の形態３における燃料電池システムに関して、具体的な動作を説明する。
【００６６】
図３に示す燃料電池システムでは、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスに含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去する。そして、付臭成分が除去された都市ガスまたはプロパンガスが炭化水素系の原料ガスとして燃料処理機４の改質器２に供給される。また改質器２には改質反応に必要な水も供給される。改質器２では原料ガスと水とを混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。制御部１０は、燃料電池１での発電が開始される前は遮断弁１１を閉とし、空気制御バルブ１２の開度を燃料処理機４の起動処理時の開度に調整する。なお、燃料処理機４の起動処理には、燃料処理機４が運転を開始するにあたり実行する必要がある各種処理を含む。また、詳細は後述するが、燃料処理機４の起動処理時の段階では、遮断弁１１は閉状態に設定されており、空気制御バルブ１２のみが開状態となる。また、この開度は、燃料処理機４のみに空気を供給するにあたり必要な流量が得られる範囲で設定される。これにより、空気ブロワ６からの空気が選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給される。そして、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する。燃料処理機４で生成された、一酸化炭素が除去された燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。なお、燃料電池１での発電が開始される前において燃料処理機４から排出される燃料ガスは燃料処理機４を構成する改質器２、選択酸化器３の触媒の温度状態により一酸化炭素が十分に除去されていないときがある。このため、図示していないバイパス流路を用いて、燃料電池１に供給せずに排出してもよい。
【００６７】
さらにまた図４に示すように、選択参加空気流路８から分岐して燃料ガス流路５と接続するエアブリード１４を設けた構成としてもよい。このエアブリード１４は、選択酸化器３から供給される燃料ガスに微量の空気を供給するための経路である。燃料ガスにはｐｐｍオーダーで一酸化炭素が含まれている。このため、このエアブリードから供給される空気によりこの一酸化炭素を燃料電池１のアノードで酸化させる。このように燃料ガスに含まれるｐｐｍオーダーの一酸化炭素についても酸化させることができるため、燃料ガスに含まれる一酸化炭素によるアノード劣化をさらに一層抑制することができる。なお、このように構成される場合、選択酸化空気流量計９で計測した空気流量は、選択酸化器３へ供給する空気流量とエアブリードを通る空気流量との和となる。
【００６８】
一方、燃料電池１での発電時においては遮断弁１１を開とし、空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度に調整することにより、空気ブロワ６からの空気の一部が選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給される。なお、燃料電池１の発電時における空気制御バルブ１２の開度は、燃料電池１に十分な燃料ガスを供給するために、燃料処理機４の起動処理時に設定された開度よりも大きくなる。燃料処理機４で生成された一酸化炭素を除去した燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。一方、空気ブロワ６からの空気の一部がカソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１は、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより、発電を行う。
【００６９】
次に、本実施の形態における燃料電池システムの選択酸化器３への空気供給の具体的な動作フローに関して、図５に示す制御フローチャートを用いて説明する。
【００７０】
燃料電池１での発電が開始される前にまず、燃料処理機４の起動処理が開始される（ステップＳ１０１）。燃料処理機４の起動処理が開始させた時点では、ステップＳ１０２に示すように制御部１０は、遮断弁１１を閉状態とし、空気ブロワ６を停止させている。燃料処理機４の選択酸化器３の触媒が反応可能な温度になると選択酸化器３への空気供給を開始する（ステップＳ１０３）。選択酸化器３への空気供給の開始ではステップＳ１０４で、制御部１０が空気制御バルブ１２の開度を燃料処理機４の起動処理時の開度Ｕ１に調整し、空気ブロワ６を作動させる。なお、選択酸化器３に供給される空気流量は、実施の形態１にて説明したフィードバック制御により制御される。このようにして燃料処理機４の起動処理が完了すると、燃料電池１での発電開始に移行する（ステップＳ１０５）。発電が開始されるとステップＳ１０６で、制御部１０は遮断弁１１を開とし、空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度Ｕ２（Ｕ２＞Ｕ１）に調整する。そして、空気ブロワ６からの空気を燃料電池１と選択酸化器３の両方に供給を開始する。
【００７１】
以上のように、実施の形態２に係る燃料電池システムを上記したような構成とすることで、制御部１０は以下のような制御を行う。すなわち、燃料電池１での発電が開始される前の燃料処理機４の起動処理時は、制御部１０は、空気制御バルブ１２の開度を起動時の開度Ｕ１に調整し、かつ、実施の形態１にて説明した空気ブロワ６に対するフィードバック制御により選択酸化器３に供給される空気流量を制御する。一方、燃料処理機４の起動処理が完了し燃料電池１での発電開始に移行するときは、制御部１０は、燃料電池１での発電に使用する空気を、カソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給するために、遮断弁１１を開にする。このとき、空気ブロワ６からの空気の供給先が燃料電池１と選択酸化器３との２箇所に変わるため、通常なら選択酸化空気流路８とカソード空気流路７との合計の流路抵抗が低下する。これにより、空気ブロワ６の吐出圧が低下し選択酸化器３へ供給される空気流量が低下することとなる。ところが実施の形態３に係る燃料電池システムにおける制御ではステップＳ１０６において、空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度Ｕ２（Ｕ２＞Ｕ１）に調整する。これより、選択酸化空気流路８側の流路抵抗を低下させ、選択酸化器３へ供給される空気流量が低下することを防止することができる。すなわち、実施の形態３に係る燃料電池システムの構成をとると、発電開始時でのカソード空気供給開始時に発生する選択酸化器３への供給空気流量の低下に対して空気制御バルブ１２の開度を発電時の開度Ｕ２（Ｕ２＞Ｕ１）に調整することにより防止し、安定した燃料ガス生成を実現することができる。つまり、燃料電池１のカソードへの空気供給の開始時であっても、選択酸化器３へ供給するために必要な空気流量を維持することができる。
【００７２】
なお、起動時の空気制御バルブ１２の開度Ｕ１および発電時の開度Ｕ２は予め実験的に求めておき、制御部１０が備える記憶部（不図示）に記憶することにより本実施の形態における空気供給の具体的な動作を実施することができる。
【００７３】
また、実施の形態３における燃料電池システムの構成をとると、燃料電池１の発電電力に応じて空気制御バルブ１２の開度を可変調整することができる。すなわち、制御部１０は、燃料電池１の発電電力に応じて予め実験的に決定した空気制御バルブ１２の開度に設定する。そして、制御部１０は、燃料電池１の発電電力に応じて空気制御バルブ１２の開度を段階的に調整する。これにより、選択酸化空気流路８側の流路抵抗を変化させ、空気ブロワ６からの空気を選択酸化空気流路８とカソード空気流路７とに最適な割合で分流することができる。
【００７４】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図６において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７５】
実施の形態４における燃料電池システムは、実施の形態１における燃料電池システムと比して、カソード空気流路７に配され燃料電池１に供給する空気流量を計測するカソード空気流量計２１と、選択酸化空気流路８の流路抵抗の可変量を調整する空気制御バルブ２２とをさらに備える点で異なる。さらにまた、燃料電池１の出力に応じて燃料電池１に供給する空気流量の上限流量から算出される第１流量閾値と、下限流量から算出される第２流量閾値とを保持し、制御部１０が燃料電池１に供給する空気流量と前記第１流量閾値と前記第２流量閾値との関係を判断する空気流量判断部（空気流量判断手段）２３を備える点でも異なる。
【００７６】
なお、実施の形態４における構成部材としてのカソード空気流量計２１、空気制御バルブ２２は、各々、本発明における、第２流量計測器（カソード空気流量検知器）、流路抵抗可変器の具体的な実施の一例である。
【００７７】
まず、実施の形態４における燃料電池システムに関して、具体的な動作を説明する。
【００７８】
図６に示す燃料電池システムでは、原料供給源から供給された都市ガスまたはプロパンガスに含有する付臭成分を図示していない脱硫器で除去する。そして、付臭成分が除去された都市ガスまたはプロパンガスが炭化水素系の原料ガスとして燃料処理機４の改質器２に供給される。また改質器２には改質反応に必要な水も供給される。改質器２では原料ガスと水とを混合した後、触媒を用いて水蒸気改質することにより水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは選択酸化器３に供給される。制御部１０が空気制御バルブ２２の開度を発電中の開度に調整することにより、空気ブロワ６からの空気の一部が選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給される。そして、選択酸化器３は、触媒を用いて改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化し二酸化炭素にすることにより、一酸化炭素を除去した燃料ガスを生成する。燃料処理機４で生成された一酸化炭素を除去した燃料ガスは、燃料ガス流路５を通じて燃料電池１に供給される。一方、空気ブロワ６からの空気の一部がカソード空気流路７を通じて燃料電池１に供給される。燃料電池１は、供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより、発電を行う。
【００７９】
次に、実施の形態４における燃料電池システムに関して、制御部１０の選択酸化器３への空気供給の具体的な制御動作を説明する。
【００８０】
制御部１０は空気ブロワ６の能力を調整し、空気ブロワ６からの空気の一部を、カソード空気流路７を通じて燃料電池１に、残りの空気を選択酸化空気流路８を通じて選択酸化器３に供給する。制御部１０は選択酸化空気流量計９からの出力信号を読み込み、フィードバック制御により、選択酸化空気流量計９から読み込んだ実際の空気流量が目標空気流量（目標値）に一致するように空気ブロワ６の能力を変更する。
【００８１】
さらに実施の形態４における燃料電池システムに関して、制御部１０の空気流量判断部２３による空気供給の具体的な制御動作を、図７に示す制御フローチャートを用いて説明する。
【００８２】
制御部１０の空気流量判断部２３は、ステップＳ２０１において燃料電池１の発電電力に応じて予め設定されている燃料電池１への供給空気流量の上限流量（上限値）から算出される第１流量閾値Ｑ１と、下限流量（下限値）から算出される第２流量閾値Ｑ２とを取得する。次のステップＳ２０２では、空気流量判断部２３は、カソード空気流量形２１による計測結果（カソード空気流量計２１からの出力信号）から実際の空気流量Ｑを取得する。そしてＱとＱ１とを比較する。空気流量判断部２３は、Ｑ＞Ｑ１の場合はステップＳ２０３に移行し、空気制御バルブ２２の開度を開けるように制御する。空気制御バルブ２２の開度を開けると、選択酸化空気流量計９で計測される空気流量が目標空気流量（目標値）に対して大きくなるため、上述した制御部１０でのフィードバック制御により空気ブロワ６の能力を減少させるように調整される。その結果、カソード空気流量計２１で計測される実際の空気流量Ｑも減少する。次に再度ステップＳ２０２に移行し、ＱとＱ１とを比較する。Ｑ≦Ｑ１の場合はステップＳ２０４に移行し、空気流量判断部２３は、ＱとＱ２とを比較する。そして、Ｑ＜Ｑ２の場合はステップＳ２０５に移行し、空気制御バルブ２２の開度を閉めるように制御する。空気制御バルブ２２の開度を閉めると、選択酸化空気流量計９で計測される空気流量が目標空気流量（目標値）に対して小さくなるため、上述した制御部１０でのフィードバック制御により空気ブロワ６の能力を増加させるように調整される。その結果、カソード空気流量計２１で計測された実際の空気流量Ｑも増加する。次に再度ステップＳ２０４に移行し、ＱとＱ２とを比較する。Ｑ≧Ｑ２の場合は、カソード空気流量計２１で計測された実際の空気流量Ｑが、Ｑ２≦Ｑ≦Ｑ１と第１流量閾値Ｑ１と第２流量閾値Ｑ２の間に調整できているので空気流量判断部２３による制御動作を終了する。
【００８３】
実施の形態４における燃料電池システムの構成をとる場合であっても、実施の形態１における燃料電池システムで説明した作用効果と同様な効果を得ることができる。すなわち、１つの空気供給部である空気ブロワ６から燃料電池１および燃料処理機４の両方に空気を供給する燃料電池システムにおいて、制御部１０は選択酸化空気流量計９で計測された実際の空気流量に対するフィードバック制御により、燃料処理機４への供給空気流量を制御することができる。また、制御部１０による空気ブロワ６の能力制御を行なうことにより、燃料電池１および燃料処理機４の両方に供給する空気流量を同時に増減させることができるとともに、以下の効果も得ることができる。すなわち、制御部１０の空気流量判断部２３により、燃料電池１の発電電力に応じて予め設定される第１流量閾値Ｑ１と、第２流量閾値Ｑ２に対して、カソード空気流量計２１から読み込んだ実際の空気流量Ｑを比較することができる。そして、Ｑ＞Ｑ１のときは空気制御バルブ２２を開けることによりＱ≦Ｑ１とし、またＱ＜Ｑ２のときは空気制御バルブ２２を閉めることによりＱ≧Ｑ２として、Ｑ２≦Ｑ≦Ｑ１となるように調整できる。このように空気流量Ｑを第１流量閾値Ｑ１と第２流量閾値Ｑ２との間となるように調整できるため、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００８４】
なお、上記した実施の形態１〜４における燃料電池システムでは、燃料電池１における電気化学的な反応の進行に伴って、カソード側で水が生じ、反応に必要な空気（酸素）の供給を阻害する場合がある。このようなカソードに送られる空気の供給を阻害する水つまりが生じると、カソード空気流路７において圧損が増加する。これにより、カソードに供給される空気流量が減少してしまうため、その分だけ選択酸化器３に供給される空気流量が増加することとなる。選択酸化空気流量計９の計測結果からこの空気流量の増加を検知すると、制御部１０は、上述したフィードバック制御により空気ブロワ６の空気の供給能力を低下させる。この結果、カソードに供給される空気流量が低下し、これにともない水がさらに一層つまりやすくなるという悪循環が発生する。そして、この悪循環により、燃料電池システムでは、カソードに供給される空気流量が減少してしまい、燃料電池１の端子電圧が大きく下がる等の悪影響が生じる。
【００８５】
そこで、このような問題に対処するために燃料電池システムはさらに以下のように構成されていてもよい。
【００８６】
すなわち、燃料電池システムは、燃料電池１のセルスタックの端子電圧を測定し、測定結果を記録する電圧測定器（不図示）をさらに備える。そして、制御部１０は、この電圧測定器により記録された測定結果からセルスタックの端子電圧が所定期間で所定電圧値以上、低下した場合、空気ブロワ６に対するフィードバック制御を一定期間（例えば、１５秒間）停止させる。
【００８７】
より具体的には、制御部１０が選択酸化空気流量計９の計測結果から空気流量の変動を検知すると、空気ブロワ６に対して上述したフィードバック制御を行う前に、電圧測定器による測定結果からセルスタックの端子電圧が所定期間で所定電圧値（第１電圧値）以上、低下しているか否か判定する。つまり、端子電圧（直流電圧）の変化量ΔＶ≦−第１電圧値Ｖの関係が成り立つか否か判定する。
【００８８】
なお、この第１電圧値は、カソードに供給される空気の流路に水つまりが発生したことに起因してセルスタックの端子電圧が低下する幅を予め測定しておき、この測定結果から決められる。また、本実施形態ではセルスタックの端子電圧の変化を測定する所定期間として３秒間に設定している。しかしながら、この所定期間は３秒間に限定されるものではない。また、フィードバック制御を停止する期間を１５秒間に設定しているが、これに限定されるものではない。
【００８９】
あるいは、第１電圧値よりも少し小さい電圧値である第２電圧値を設定し、電圧測定器の測定結果からセルスタックの端子電圧が、複数回（例えば２回）連続して所定期間で所定電圧値（第２電圧値）以上、低下しているか否か判定するように構成されていてもよい。つまり、連続して複数回（２回）端子電圧の変化量ΔＶ≦−第２電圧値Ｖの関係が成り立つか否か判定する。
【００９０】
あるいは、燃料電池１における発電電力に応じて決められている、選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値を利用して以下のようにして水つまりを判定することもできる。
【００９１】
すなわち、上記目標値は燃料電池１における発電電力の増減に応じて変更される値である。そこで、所定期間（例えば３秒間）、選択酸化器３へ供給する空気流量の目標値の変化幅ΔＲから目標値に変動がないか判定する。すなわちΔＲ≧０（ＮＬＭ：L/min[normal]）の関係が成り立つか否か判定する。そして、目標値に変動がある場合、所定期間（３秒間）に選択酸化空気流量計９で計測した空気流量と目標値とを比較して両者の差ΔＱを求める。そして、この差ΔＱが所定の第１流量値以上となることを複数回（例えば、２回）連続して検知した場合、水つまりが発生していると判定してもよい。つまり、連続して複数回（例えば、２回）差ΔＱ≧第１流量値の関係が成り立つか否か判定する。なお、ここで用いられる第１流量値は、燃料電池１のカソードに送られる空気の流路に水つまりが生じた場合に発生する、選択酸化空気流量計９で計測した空気流量と目標値との誤差を予め調べておき、その値を第１流量値とする。
【００９２】
もしくは、差ΔＱ≧第１流量値の関係が成り立つか否かだけ判定し、この関係が成り立つ場合には、水つまりが発生しているとする。そして、空気ブロワ６に対するフィードバック制御を一定期間停止するように構成してもよい。
【００９３】
また、選択酸化部３に供給する空気流量が増え続けており、目標値の変化幅が大きくなった場合、水つまりが発生していると判定してもよい。つまり、今回設定された目標値と前回設定された目標値との差をΔＲ、前回設定された目標値と前々回設定された目標値との差をΔＲ´としたとき、ΔＲ＞０（ＮＬＭ）、かつ、ΔＲ´＞０（ＮＬＭ）の関係が成り立つ場合、水つまりが発生していると判定する。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明にかかる燃料電池システムは、１つの空気供給部から燃料電池および燃料処理機の両方に空気を供給、燃料処理機への供給空気流量制御、発電電力の増減に対して燃料電池および燃料処理機の両方に供給する空気流量を増減、をすることができるため、燃料処理機を備え、発電電力を増減させる燃料電池システムに有用である。
【符号の説明】
【００９５】
１      燃料電池
２      改質器
３      選択酸化器
４      燃料処理機
５      燃料ガス流路
６      空気ブロワ
７      カソード空気流路
８      選択酸化空気流路
９      選択酸化空気流量計
１０    制御部
１１    遮断弁
１２    空気制御バルブ
１３    インバータ回路
２１    カソード空気流量計
２２    空気制御バルブ
２３    空気流量判断部
１１３  燃料処理機
１１５  コンプレッサ
１１７  空気制御バルブ
１１９  燃料電池
１２１  空気流量計
【図１】
2011118158.tif 000003
【図２】
2011118158.tif 000004
【図３】
2011118158.tif 000005
【図４】
2011118158.tif 000006
【図５】
2011118158.tif 000007
【図６】
2011118158.tif 000008
【図７】
2011118158.tif 000009
【図８】
2011118158.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月28日(2011.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、
前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、
一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、
一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、
前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、
前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、
前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、
前記制御器は、前記燃料電池が発電を行っている場合において、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御して、前記カソード及び前記選択酸化部に空気を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第２空気流路に配置され、前記第２空気流路の流路抵抗を変える流路抵抗可変器を備え、
前記制御器は、
前記燃料電池に送る空気流量を減少させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、前記第１流量計測器により計測した空気流量が増加したことを検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、
前記燃料電池に送る空気流量を増加させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、前記第１流量計測器の計測した空気流量が低下したことを検知することで、前記制御器が前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池にて発電された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路をさらに備え、
前記制御器は、前記インバータ回路の出力に応じて前記流路抵抗可変器を制御することにより前記空気供給器の供給能力を制御して、前記選択酸化部及び前記燃料電池に送る空気流量を変化させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池への空気の供給及び遮断を行なう弁をさらに備え、
前記制御器は、前記弁を開放して前記燃料電池への空気の供給を開始する場合、前記流路抵抗可変器により前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池に供給する空気流量を計測する第２流量計測器をさらに備え、
前記制御器は、前記第２流量計測器で計測した空気流量に基づいて、前記流路抵抗可変器を制御することにより、前記第１流量計測器で計測される空気流量を変更させ、この変更させた空気流量に応じて前記空気供給器の供給能力を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、
前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の上限値から算出される第１流量閾値と、前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の下限値から算出される第２流量閾値とを予め記憶し、前記第２流量計測器が計測した空気流量と前記第１流量閾値と前記第２流量閾値とを比較する空気流量判断部を備え、
前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第１流量閾値を越えたと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を増加させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの増加を検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、
前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第２流量閾値を下回ったと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を低下させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの低下を検知することで、前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の端子電圧を測定する電圧測定器をさらに備え、
前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記電圧測定器の測定結果に基づき、所定期間での前記端子電圧の変化が予め定められている第１所定値以上、低下したとものであると判定したとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記第１流量計測器が計測した空気流量値から選択酸化器へ供給する空気流量の目標値を差し引いた値が、予め定められている第１流量値以上のとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、前記第１流量計測器が計測した空気流量値から選択酸化器へ供給する空気流量の目標値を差し引いた値が、予め定められている第１流量値以上の場合で、かつ、前記空気流量の目標値が増減するとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、
前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、
一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、
一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、
前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、
前記空気供給器を制御する制御器と、を備えている燃料電池システムであって、
前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、
前記制御器により、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記カソードに供給する空気流量に基づくことなく、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2011118158.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月8日(2011.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、
前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、
一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、
一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、
前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、
前記空気供給器を制御する制御器と、を備え、
前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、
前記制御器は、前記燃料電池が発電を行っている場合において、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御して、前記カソード及び前記選択酸化部に空気を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第２空気流路に配置され、前記第２空気流路の流路抵抗を変える流路抵抗可変器を備え、
前記制御器は、
前記燃料電池に送る空気流量を減少させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、前記第１流量計測器により計測した空気流量が増加したことを検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、
前記燃料電池に送る空気流量を増加させる場合は、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、前記第１流量計測器の計測した空気流量が低下したことを検知することで、前記制御器が前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池にて発電された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路をさらに備え、
前記制御器は、前記インバータ回路の出力に応じて前記流路抵抗可変器を制御することにより前記空気供給器の供給能力を制御して、前記選択酸化部及び前記燃料電池に送る空気流量を変化させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池への空気の供給及び遮断を行なう弁をさらに備え、
前記制御器は、前記弁を開放して前記燃料電池への空気の供給を開始する場合、前記流路抵抗可変器により前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１空気流路における、該第１空気流路の分岐部と前記燃料電池との間に配置され、前記燃料電池に供給する空気流量を計測する第２流量計測器をさらに備え、
前記制御器は、前記第２流量計測器で計測した空気流量に基づいて、前記流路抵抗可変器を制御することにより、前記第１流量計測器で計測される空気流量を変更させ、この変更させた空気流量に応じて前記空気供給器の供給能力を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、
前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の上限値から算出される第１流量閾値と、前記燃料電池の発電電力に応じて予め定められる前記燃料電池への空気流量の下限値から算出される第２流量閾値とを予め記憶し、前記第２流量計測器が計測した空気流量と前記第１流量閾値と前記第２流量閾値とを比較する空気流量判断部を備え、
前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第１流量閾値を越えたと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を小さくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を増加させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの増加を検知することで、前記空気供給器の供給能力を低減させるように制御し、
前記空気流量判断部が前記第２流量計測器により計測した空気流量が前記第２流量閾値を下回ったと判断した場合、前記流路抵抗可変器によって前記第２空気流路における流路抵抗を大きくするように制御することにより、該第２空気流路を流れる空気流量を低下させ、前記第１流量計測器の計測結果からこの低下を検知することで、前記空気供給器の供給能力を増大させるように制御することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の端子電圧を測定する電圧測定器をさらに備え、
前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記電圧測定器の測定結果に基づき、前記端子電圧が所定期間で予め定められている第１所定値以上、低下したと判定したとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記燃料電池が発電している場合において、前記第１流量計測器が計測した空気流量値から選択酸化器へ供給する空気流量の目標値を差し引いた値が、予め定められている第１流量値以上のとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、前記第１流量計測器が計測した空気流量値から選択酸化器へ供給する空気流量の目標値を差し引いた値が、予め定められている第１流量値以上の場合で、かつ、前記空気流量の目標値が増減するとき、前記空気供給器の供給能力に対する前記フィードバック制御を停止させることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
原料と水とから水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と、該改質部よりも下流に配置され、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を空気中の酸素と反応させる選択酸化反応を行って燃料ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理機と、
前記燃料電池のカソードへ、発電に用いられる空気を送るとともに、前記選択酸化部へ選択酸化反応に用いられる空気を送る空気供給器と、
一端が前記燃料電池の前記カソードに接続され、他端が前記空気供給器に接続される第１空気流路と、
一端が前記第１空気流路との分岐点となる分岐部に接続され、他端が前記選択酸化部に接続される第２空気流路と、
前記第２空気流路に配置され、前記選択酸化部に供給する空気流量を計測する第１流量計測器と、
前記空気供給器を制御する制御器と、を備えている燃料電池システムであって、
前記選択酸化部に送られる空気流量が前記カソードに送られる空気流量より小さくなるように前記第１及び第２空気流路が形成されており、
前記制御器により、前記選択酸化部に送られる空気流量が前記燃料電池の発電電力に基づいて定められている目標値になるように、前記カソードに供給する空気流量に基づくことなく、前記第１流量計測器が計測した前記選択酸化部への空気流量に基づいて前記空気供給器の供給能力をフィードバック制御することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【国際調査報告】
2011118158.tif 000012
2011118158.tif 000013
2011118158.tif 000014
2011118158.tif 000015